Meine originale Fräse für ca. 500€ hat wunderbar gearbeitet, aber ich wollte mehr. Mehr Komfort und vor allem mehr Drehzahl, damit das Arbeiten mit der Fräse effizienter wird. Alles gar kein Problem. Ich beschreibe mal kurz was ich alles geändert habe und warum.
Spindel
Zu Beginn hatte ich eine 500 Watt Chinaspindel. Die maximale Drehzahl war mit 12.000 RPM angegeben, jedoch war die Unwucht im Lüfterrad sehr laut bei hoher Drehzahl. Die Drehzahlregelung musste ich per Hand manuell über ein Potentiometer einstellen. Zum lernen und Erfahrungen sammeln war diese Spindel insgesamt ideal. Auf lange Sicht gesehen wollte ich aber mehr Leistung und weniger Lärm.
Als Erweiterung habe ich mich für eine Spindel entschieden die zwei Stufen größer ist. Mit einer Leistung von 1,5kW, einer maximalen Drehzahl von bis zu 24.000 RPM und einer Wasserkühlung.
Ich habe mich extra für die Wasserkühlung entschieden, da ich nach einiger Recherche erfahren habe, dass die wassergekühlte Spindel vom Lautstärkepegel nochmal geringer sein sollte als eine Luftgekühlte. Das macht Sinn, denn ein Lüfterrad generiert immer zusätzliche Geräusche, BEISPIEL war die CHINA Spindel.
Eine geringe Lautstärke war eine Priorität die weiter oben auf der Liste stand, denn mein Büro war meine Werkstatt in unserer Wohnung.
Wasserkühlung
Mit der Bestellung der Wassergekühlten Spindel kamen leider keine weiteren Informationen wie diese zu Betreiben ist. In der Bedienungsanleitung ist beschrieben das mindestens 50 Liter an Kühlflüssigkeit bereit gestellt werden müssen, zur Einhaltung einer maximal Temperatur von, GENAU, es wurde in der Anleitung nicht dokumentiert. So ist das mit Chinaware. Leider wurde auch nichts über die maximale Durchflussmenge oder maximaler Druck in der Bedienungsanleitung angegeben. Für meine Anwendungen war es nicht erforderlich so eine große Menge an Kühlflüssigkeit bereitzustellen, da die Fräse nicht im Dauerbetrieb laufen sollte und außerdem hatte ich den Platz gar nicht dafür.
Meine Planung war 10 Liter destilliertes Wasser bereit zu stellen, als die Kühlung für meine Tätigkeiten. Im Netz habe ich hin und wieder gelesen, dass einige andere Hobby-CNC-Betreiber Frostschutzmittel zusätzlich verwenden gegen Frost im Winter. Hier war mein Punkt wieder, mein Büro in der Wohnung war der Standort der Maschine und ganzjährig Frostschutzfrei. Nach Beschreibung der Bedienungsanleitung sollte die Kühlflüssigkeit alle 3 Monate ausgetauscht werden.
Ein Frostschutzmittel erfordert zusätzlichen Aufwand und wird nicht benötigt. Des Weiteren kam mir der Gedanke, Frostschutzmittel ist ja Sondermüll und muss an einer entsprechenden Entsorgungsstation abgegeben werden. Mehr dazu unter diesem Link https://entsorgen.org/frostschutzmittel.
Als Auffangbehälter hat am Anfang ein 10Liter Aquarium und eine Tauchpumpe vollkommen ausgereicht. Die Pumpe hatte eine Durchflussmenge von 3.500 l/h, mit 80 Watt Leistung. Das Prinzip hat super funktioniert bis zum ersten Mal als das destillierte Wasser ausgetauscht werden sollte. Das Ganze war nicht sehr handlich, um es im Ausguss zu entsorgen. Also musste ein Kanister besorgt werden, eine andere Pumpe und einige Fitting.
Drehzahlregelung der Spindel
Die Drehzahlregelung der Chinaspindel konnte, wie oben schon beschrieben, durch ein Potentiometer manuell eingestellt werden. Mit ein bisschen Aufwand hätte man es sicherlich geschafft eine Drehzahlansteuerung vom Rechner zu erstellen, aber mit der neuen 1,5kW Spindel und einem Frequenzumrichter (FU) standen mir neue Möglichkeiten zur Verfügung. In der CAM Software konnte ich jetzt die Drehzahl vorgeben und an den FU schicken und die Drehzahl konnte relativ genau eingestellt werden. Dazu war ein PWM Signal Konverter zu 10 Volt notwendig.
Absaugung
In der ganzen Zeit habe ich mit meinem normalen akkubetriebenen Staubsauger die Späne aufgesaugt, das war zu Beginn der einfachste Weg, aber auch das hat mich irgendwann dazu verleitet, Optimierungen einzuführen. Ich habe länger nach einer passenden Lösung gesucht, denn Absaugungen sind auch Geräusche intensiv und vor allem benötigen die viel Energie im Dauerbetrieb.
Mit der Zeit konnte ich so einige Komponenten zusammen sammeln und musste mir nur einen "PWM DC Motor Speed Controller" besorgen mit einem Drehregler für die Drehzahlregelung des Vakuumerzeugers (Akkustaubsauger) und einen Zyklon-Abscheider.
In meiner Fräse ist ein großzügig ausgelegtes 24 Volt Netzteil, über den ich einen Motor eines handbetriebenen Staubsaugers angeschlossen habe. Darunter ein selbst hergestellter sternenförmiger Trichter, aufgesetzt auf den Zyklonen Abscheider und dieser ist montiert auf einem Behälter, in dem mal Eiweißpulver enthalten war, noch aus meiner Zeit als ich ins Fitnessstudio gegangen bin.
Endstopper
Dieses Feature ist wunderbar, wenn mal wirklich die Linearschienen zu Ende sein sollten. Falls das passieren sollte, dann kann es sein das das gesamte Projekt erneut gestartet werden muss. Ich habe mir zwar 6 Stück bestellt, aber am Ende ist mir klar geworden das ich jedes Mal bei größeren Projekten, den Bereich abfahre, um sicher zu gehen das der Fall nicht eintritt. Ein weiterer Vorteil ist, dass in der CAM (Computer Aided Manufacturing) Software so der zu bearbeitende Bereich automatisch abgefahren werden kann, wenn die End Stopper in den Einstellungen aktiviert sind. Am Ende habe ich meinen maximalen Verfahrweg auf der Opferplatte markiert und einen einzelnen Endstop-Schalter an der Z-Achse installiert.
Notausschalter
Zur eigenen Sicherheit sollte immer ein Not-Aus-Schalter installiert werden für den Fall, dass irgendwann etwas problematisch oder zu riskant wird. Gesagt, getan und installiert.
Energiekette
Durch viele neue Kabel, Leitungen und Schläuche an der Maschine wird nun eine Führung benötigt, damit sich nichts verknotet oder hängen bleibt, wenn die Spindel verfährt. Diese Energiekette reicht aus für
ein 4-adriges abgeschirmtes Kabel,
Zwei Wasserleitungen im Durchmesser jedes einzelne 8mm,
5 Volt Leitungen für End Stopper und
Zuleitung Stepper Motor Z-Achse.
Liste Equipment
Spindel 500 Watt Chinaspindel
Spindel 1,5 kW inkl. Wasserkühlung und Aquarium Pumpe
PWM Signal Konverter zu 10Volt
20 Liter Kanister
Wasserpumpe Radialpumpe
(Hinweis: diese Pumpe kann keine Luft ansaugen, d.h. die Pumpe muss unter dem Füllstand im Kanister installiert werden)
Wasserpumpe (Membran)
(Hinweis: Diese Pumpe kann Vacuum erzeugen und kann an einem beliebigen Standort aufgestellt werden)
DC-DC Wandler für Absaugung
Zyklon Abscheider
End-Stop Schalter
Schalter Not AUS
Energiekette
Netzgerät 230 Volt AC zu 24 Volt DC
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